ES2264158T3 - Aparato para realizar intervenciones quirurgicas cardiacas minimamente invasivas. - Google Patents
Aparato para realizar intervenciones quirurgicas cardiacas minimamente invasivas.Info
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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Abstract
ESTA INVENCION ES UN SISTEMA (10) PARA LLEVAR A CABO PROCEDIMIENTOS CARDIACOS MINIMAMENTE INVASIVOS. EL SISTEMA INCLUYE UN PAR DE INSTRUMENTOS QUIRURGICOS QUE ESTAN ACOPLADOS A UN PAR DE BRAZOS ROBOTICOS (16, 18). LOS INSTRUMENTOS (22, 24) PRESENTAN EFECTORES FINALES QUE PUEDEN SER MANIPULADOS PARA SUJETAR Y SUTURAR TEJIDO. LOS BRAZOS ROBOTICOS ESTAN ACOPLADOS A UN PAR DE MANGOS MAESTROS (50, 52) MEDIANTE UN CONTROLADOR. LOS MANGOS PUEDEN SER MOVIDOS POR EL CIRUJANO PARA PRODUCIR UN MOVIMIENTO CORRESPONDIENTE DE LOS EFECTORES FINALES. EL MOVIMIENTO DE LOS MANGOS SE ENCUENTRA A ESCALA DE FORMA QUE LOS EFECTORES FINALES PRESENTAN UN MOVIMIENTO CORRESPONDIENTE QUE ES DIFERENTE, DE FORMA TIPICA A MENOR ESCALA, QUE EL MOVIMIENTO LLEVADO A CABO POR LAS MANOS DEL CIRUJANO. EL FACTOR DE ESCALA PUEDE AJUSTARSE DE FORMA QUE EL CIRUJANO PUEDE CONTROLAR LA RESOLUCION DEL MOVIMIENTO DEL EFECTOR FINAL. EL MOVIMIENTO DEL EFECTOR FINAL PUEDE CONTROLARSE POR UN BOTON DE ENTRADA, DE FORMA QUE EL EFECTOR FINAL SOLO SE MUEVE CUANDO EL BOTON ES OPRIMIDO POR EL CIRUJANO. EL BOTON DE ENTRADA PERMITE AL CIRUJANO AJUSTAR LA POSICION DE LOS MANGOS SIN MOVER EL EFECTOR FINAL, DE FORMA QUE LOS MANGOS PUEDEN MOVERSE HASTA UNA POSICION MAS COMODA.
Description
Aparato para realizar intervenciones quirúrgicas
cardiacas mínimamente invasivas.
La presente invención se refiere a un sistema
para realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente
invasivas. Más particularmente, la presente invención se refiere a
un sistema robótico y a los instrumentos quirúrgicos que pueden
unirse de manera que se puedan extraer al mismo, en el que dicho
sistema ayuda en la realización de intervenciones quirúrgicas
mínimamente invasivas.
La obstrucción de una arteria coronaria puede
privar al corazón de la sangre y el oxígeno requeridos para
preservar la vida. La obstrucción puede eliminarse con medicación o
mediante una angioplastia. Para la obstrucción grave de una arteria
coronaria, se realiza un injerto de derivación de la arteria
coronaria (IDAC) mediante la derivación (bypass) de la zona
bloqueada de la arteria. Los procedimientos de IDAC se realizan
normalmente abriendo el esternón y separando la caja torácica para
proporcionar acceso al corazón. Se realiza una incisión en la
arteria adyacente a la zona bloqueada. La arteria mamaria interna
(AMI) se corta entonces y se une a la arteria en el punto de
la
incisión.
incisión.
La AMI se desvía de la zona bloqueada de la
arteria para proporcionar de nuevo un flujo completo de sangre al
corazón. La separación del esternón y la apertura de la caja
torácica, denominada comúnmente "cirugía a corazón abierto",
pueden crear un enorme traumatismo en el paciente. Además, el
esternón dividido prolonga el periodo de recuperación del
paciente.
Ha habido intentos para realizar intervenciones
quirúrgicas de IDAC sin abrir la caja torácica. Se han llevado a
cabo intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas mediante la
inserción de instrumentos quirúrgicos y un endoscopio a través de
una pequeña incisión en la piel del paciente. La manipulación de
tales instrumentos puede ser difícil, particularmente cuando se
sutura un injerto a una arteria. Se ha encontrado que se requiere
un alto nivel de destreza para controlar con exactitud los
instrumentos. Además, las manos humanas normalmente tienen al menos
una cantidad mínima de temblor. El temblor aumenta adicionalmente la
dificultad de realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas
mínimamente invasivas.
Para realizar CMI (cirugía mínimamente
invasiva), el cirujano utiliza instrumentos especiales. Estos
instrumentos permiten que el cirujano maniobre dentro del paciente.
Un tipo de instrumento que se utiliza en la cirugía mínimamente
invasiva son las pinzas, un instrumento que tiene una punta
configurada específicamente para agarrar objetos, tales como
agujas. Dado que las pinzas y otros instrumentos diseñados para la
cirugía mínimamente invasiva generalmente son largos y rígidos, no
proporcionan a un cirujano la destreza y precisión necesarias para
llevar a cabo eficazmente muchas intervenciones quirúrgicas de una
forma mínimamente invasiva. Por ejemplo, las pinzas para CMI
convencionales no son muy adecuadas para manipular una aguja durante
una intervención quirúrgica mínimamente invasiva, tal como durante
la endoscopia. Por tanto, muchas intervenciones quirúrgicas de CMI
que podrían realizarse, todavía no se han llevado a cabo.
En esencia, durante las cirugías a corazón
abierto, las puntas de varios instrumentos pueden colocarse con
seis grados de libertad. Sin embargo, al insertar un instrumento a
través de una pequeña abertura, tal como una realizada en un
paciente para efectuar una intervención quirúrgica mínimamente
invasiva, se pierden dos grados de libertad. Es esta pérdida de
libertad de movimiento dentro del sitio quirúrgico la que ha
limitado sustancialmente los tipos de intervenciones quirúrgicas de
CMI que se realizan.
Se carece de destreza en la CMI porque los
instrumentos que se utilizan no proporcionan los grados de libertad
adicionales que se pierden cuando el instrumento se inserta en un
paciente. Un problema asociado con esta falta de destreza es la
incapacidad para suturar cuando los instrumentos están en
determinadas posiciones. Como resultado, las cirugías que requieren
bastante sutura dentro del sitio quirúrgico, son casi imposible de
realizar porque no se dispone de instrumentos quirúrgicos que
permitan gran parte de este trabajo.
Otro problema asociado con la CMI es la falta de
precisión dentro del sitio quirúrgico. Para intervenciones
quirúrgicas tales como el MIIDAC (injerto de derivación de la
arteria coronaria mínimamente invasivo), deben emplazarse suturas
extremadamente pequeñas en diversas ubicaciones próximas al corazón.
Como tal, es necesario el movimiento preciso de la herramienta en
la punta de un instrumento quirúrgico. En la actualidad, con los
instrumentos colocados a mano, se carece de la precisión necesaria
para tal sutura.
Como tal, lo que se necesita en la técnica es
una herramienta y clase de instrumentos quirúrgicos que puedan
articularse dentro del paciente de manera que un cirujano tenga
grados de libertad adicionales disponibles para colocar con más
destreza y precisión la herramienta en la punta del instrumento,
según se necesite.
Adicionalmente, lo que se necesita en la técnica
es un método y mecanismo que proporcione capacidades de cambio
simple de instrumento y herramienta, de modo que diversas
herramientas puedan sustituirse fácil e inmediatamente para
permitir intervenciones quirúrgicas más rápidas, para minimizar así
los costes de quirófano para el paciente y para disminuir la
cantidad de tiempo que un paciente está bajo anestesia.
La presente invención se dirige a solucionar los
problemas mencionados anteriormente.
Un ejemplo de una disposición de la técnica
anterior para un controlador principal a distancia se describe en
el documento W09313916A (Stanford Research Institute International),
titulado "Teleoperator System and Method with Telepresence"
("Sistema teleoperador y método con telepresencia").
La presente invención es un sistema para
realizar intervenciones quirúrgicas cardiacas mínimamente invasivas
tal como se expone y se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.
El sistema puede incluir un par o más de instrumentos quirúrgicos
que están acoplados a un par de brazos robóticos. El sistema puede
incluir sólo un único instrumento quirúrgico y un único brazo
robótico, tal como se describe a continuación en el presente
documento. Los instrumentos tienen útiles finales que pueden
manipularse para cortar, sujetar, cauterizar y suturar tejido. Los
brazos robóticos están acoplados a un par de mangos principales
mediante un controlador. El cirujano puede mover los mangos para
producir un movimiento correspondiente de los útiles finales. El
movimiento de los mangos es graduado, de modo que los útiles
finales tienen un movimiento correspondiente que es diferente,
normalmente inferior, que el movimiento realizado por las manos del
cirujano. Esto ayuda a eliminar cualquier temblor que el cirujano
pudiera tener en las manos. El factor de graduación es ajustable, de
modo que el cirujano puede controlar la resolución del movimiento
de los útiles finales. El movimiento de los útiles finales puede
controlarse mediante un botón de entrada, de modo que los útiles
finales sólo se mueven cuando el cirujano aprieta o bascula el
botón. El botón de entrada permite que el cirujano ajuste la
posición de los mangos sin mover el útil final, de modo que los
mangos pueden moverse hasta una posición más cómoda. El sistema
también puede tener un endoscopio robóticamente controlado que
permite que el cirujano vea a distancia el sitio quirúrgico. Puede
realizarse una intervención quirúrgica cardiaca efectuando pequeñas
incisiones en la piel del paciente e insertando los instrumentos y
el endoscopio en el paciente. El cirujano manipula los mangos y
mueve los útiles finales para realizar una intervención quirúrgica
cardiaca tal como un injerto de derivación de la arteria coronaria
o cirugía de válvula cardiaca.
La presente invención se refiere adicionalmente
a un instrumento quirúrgico de control del mismo, que permite que
el cirujano articule la punta del instrumento, mientras conserva la
función de la herramienta en la punta del instrumento. Como tal, la
punta del instrumento puede articularse con dos grados de libertad,
desde el principio puede utilizarse la herramienta dispuesta en la
punta.
El sistema robótico comprende generalmente:
un brazo robótico;
un acoplador que se une al brazo;
un instrumento quirúrgico que se sujeta mediante
el acoplador;
un controlador; y
en el que el movimiento en el controlador
produce un movimiento proporcional del brazo robótico y el
instrumento quirúrgico.
La presente invención puede incluir un
instrumento quirúrgico que tiene una varilla alargada. La varilla
alargada tiene un eje longitudinal y generalmente sirve como el
brazo del instrumento endoscópico. Una parte articulada se monta en
y se extiende más allá de la varilla alargada. Alternativamente, la
parte articulada puede formarse íntegramente con la varilla
alargada. La parte articulada tiene una parte proximal, un enlace de
pivote y una parte distal. La parte proximal puede incluir un par
de dedos. Los dedos pueden ser ortogonales entre sí y estar
orientados radialmente con respecto al eje longitudinal de la
varilla alargada. Para su uso en intervenciones quirúrgicas,
generalmente es preferible que el instrumento y la mayoría de los
componentes en él estén formados de acero inoxidable, plástico, o
algún otro material fácilmente esterilizable. Cada uno de los dedos
puede tener al menos una abertura formada en él para permitir el
paso de un pasador que ayuda en la unión del enlace de pivote a la
parte proximal de la parte articulada y que permite que el enlace de
pivote se monte sobre pivote en la parte proximal. La parte
articulada proporciona la articulación en la punta de un
instrumento que incluye la parte articulada. Más particularmente,
esto proporciona grados de libertad adicionales para la herramienta
en la punta de un instrumento que incluye una parte articulada.
Un instrumento tal como el descrito a
continuación en el presente documento, cuando se utiliza junto con
el presente sistema quirúrgico, proporciona al cirujano destreza,
precisión y flexibilidad adicionales, no logradas todavía en las
intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas. Como tal, pueden
acortarse los tiempos de la operación y reducirse enormemente el
traumatismo para el paciente.
Para proporcionar un aumento en la precisión de
la colocación de la punta articulada, tal como se describe a
continuación en el presente documento, se proporcionan dos grados de
libertad adicionales al controlador principal. Cada uno de los dos
grados de libertad adicionales se encuadran con respecto a cada uno
de los grados de libertad en la punta del instrumento. Esto se
lleva a cabo mediante la adición de dos articulaciones en el medio
de aplicación modelo y automático para articular la punta del
instrumento en respuesta a los movimientos realizados en la
aplicación modelo.
Los objetos y ventajas de la presente invención
se harán evidentes más fácilmente para los expertos habituales en
la técnica tras revisar la siguiente descripción detallada y los
dibujos, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
sistema quirúrgico mínimamente invasivo según la presente
invención;
La figura 2 es un diagrama esquemático de una
aplicación modelo del sistema;
la figura 3 es un diagrama esquemático de una
aplicación subordinada del sistema;
la figura 4 es un diagrama esquemático de un
sistema de control del sistema;
la figura 5 es un diagrama esquemático que
muestra el instrumento en una sistema de coordenadas;
la figura 6 es un diagrama esquemático del
instrumento que se mueve alrededor de un punto de pivote;
la figura 7 es una vista en despiece ordenado de
un útil final según el sistema de la presente invención;
la figura 8 es una vista de un mango principal
del sistema según la presente invención;
la figura 8a es una vista lateral del mango
principal del sistema según la presente invención;
las figuras
9-10A-J son ilustraciones que
muestran una arteria mamaria interna que se está injertando a una
arteria coronaria;
la figura 11 es una vista lateral de un impulsor
de herramienta de carga trasera según el sistema de la presente
invención;
la figura 12 es una vista en planta del conjunto
de motor del impulsor de herramienta de carga trasera de la figura
11;
la figura 13 es una vista en planta lateral de
un instrumento articulable según la presente invención;
la figura 14 es una vista en planta lateral de
un instrumento articulable, en el que la punta del instrumento está
articulada;
la figura 15 es una vista en despiece ordenado
de la parte articulable del instrumento articulable según la
presente invención;
la figura 16 es una vista en planta de un enlace
de pivote según la parte articulada del instrumento quirúrgico
articulable de la presente invención;
la figura 17 es una vista en perspectiva de un
conjunto impulsor de la herramienta de articulación según la
presente invención;
la figura 18 es una vista de una punta de
herramienta extraíble según un instrumento articulable de la
presente invención;
la figura 19 es un receptáculo de la punta de la
herramienta según la presente invención;
la figura 20 es una vista en corte transversal
de un instrumento articulable unido al traductor articulado de la
presente invención;
la figura 21 es una vista en sección transversal
en primer plano del traductor articulado según la presente
invención;
la figura 22 es una vista desde un extremo del
traductor articulado según la presente invención;
la figura 23 es una vista en corte transversal
de la sección estéril del conjunto impulsor de la herramienta de
articulación según el sistema de la presente invención;
la figura 24 es una vista en sección transversal
del impulsor de la herramienta del conjunto impulsor de la
herramienta de articulación según el sistema de la presente
invención;
la figura 25 es un diagrama esquemático de una
aplicación modelo de un sistema según la presente invención que
incluye el conjunto impulsor de la herramienta de articulación;
la figura 26 es una vista en planta de un paño
quirúrgico para su uso con el brazo robótico según la presente
invención;
la figura 27 es una vista en planta de un
instrumento quirúrgico que tiene una herramienta de grapado
dispuesta en el extremo del mismo y en el que el instrumento
quirúrgico está unido al brazo robótico según la presente
invención;
la figura 28 es una vista en planta de un
instrumento quirúrgico que tiene una cuchilla de corte dispuesta en
el extremo del mismo, en el que el instrumento está unido al brazo
robótico según la presente invención;
la figura 29 es una vista en planta de un
instrumento quirúrgico que tiene un dispositivo de coagulación/corte
dispuesto en el extremo del mismo, estando el instrumento unido a un
brazo robótico según la presente invención; y
la figura 30 es una vista en planta de un
instrumento quirúrgico que tiene una herramienta de grapado
dispuesta en el extremo del mismo y en el que el instrumento
quirúrgico está unido al brazo robótico según la presente
invención.
En referencia a los dibujos, más particularmente
mediante los números de referencia, la figura 1 muestra un sistema
10 que puede utilizarse para realizar cirugía mínimamente invasiva.
En una realización preferida, el sistema 10 puede utilizarse para
realizar un injerto de derivación de la arteria coronaria
mínimamente invasivo, o un injerto de derivación de la arteria
coronaria endoscópico (E-IDAC) y otras
intervenciones quirúrgicas anastomóticas. Aunque se muestra y se
describe una intervención quirúrgica de MI-IDAC,
debe entenderse que el sistema puede utilizarse para otras
intervenciones quirúrgicas. Por ejemplo, el sistema puede utilizarse
para suturar cualquier par de vasos.
El sistema 10 se utiliza para realizar una
intervención quirúrgica en un paciente 12 que normalmente está
tumbado sobre una mesa 14 de operaciones. Montado a la mesa 14 de
operaciones hay un primer brazo 16 articulado, un segundo brazo 18
articulado y un tercer brazo 20 articulado. Los brazos
16-20 articulados están montados preferiblemente a
la mesa de modo que los brazos estén en un mismo plano de referencia
que el paciente. Debe apreciarse que los brazos pueden montarse a
un carro o a algún otro dispositivo que sitúe los brazos también
próximos al plano del paciente. Aunque se muestran y se describen
tres brazos articulados, debe entenderse que el sistema puede tener
cualquier número de brazos, tal como uno o más brazos.
Los brazos 16 y 18 articulados primero y segundo
tienen cada uno un alojamiento 25 de base y un conjunto 26 de brazo
robótico que se extiende desde el alojamiento 25 de base. Los
instrumentos 22 y 24 quirúrgicos están acoplados preferiblemente,
de modo que se puedan extraer, al extremo de cada conjunto 26 de
brazo robótico de los brazos 16, 18 articulados primero y segundo.
Cada uno de los instrumentos 22, 24 puede acoplarse a un conjunto
26 de brazo robótico correspondiente en una variedad de formas que
se tratarán en mayor detalle más adelante en el presente
documento.
El tercer brazo 20 articulado comprende
adicionalmente un alojamiento 25 de base y un conjunto 26 de brazo
robótico, y preferiblemente tiene un endoscopio 28 que está unido al
conjunto 26 de brazo robótico. El alojamiento 25 de base y los
conjuntos 26 de brazo robótico de cada uno de los brazos 16, 18 y 20
articulados son sustancialmente similares. Sin embargo, debe
apreciarse que la configuración del tercer brazo 20 articulado puede
ser diferente, ya que el fin del tercer brazo articulado es sujetar
y colocar el endoscopio 28, en contraposición a sujetar y colocar
un instrumento quirúrgico.
Los instrumentos 22 y 24, y el endoscopio 28 se
insertan a través de incisiones practicadas en la piel del paciente
12. El endoscopio 28 tiene una cámara 30 que está acoplada a un
monitor 32 que muestra imágenes de los órganos internos del
paciente 12.
Cada conjunto 26 de brazo robótico tiene un
motor 34 de base que mueve el conjunto 26 de brazo de una forma
lineal, en relación con el alojamiento 25 de base, tal como se
indica mediante las flechas Q. Cada conjunto 26 de brazo robótico
también incluye un primer motor 36 rotativo y un segundo motor 38
rotativo. Cada uno de los conjuntos 26 de brazo robótico también
tiene un par de juntas 40 y 42 pasivas. Las juntas 40, 42 pasivas
se disponen preferiblemente ortogonales entre sí para proporcionar
un movimiento de pivote del instrumento 22, 24 o el endoscopio 28
que está unido a un conjunto 26 de brazo robótico correspondiente.
Las juntas pasivas pueden estar desviadas por resorte en cualquier
dirección específica, sin embargo, no están accionadas por motor.
Los conjuntos 26 de brazo robótico también tienen un mecanismo 45 de
acoplamiento para acoplar los instrumentos 22 y 24, o el endoscopio
28 al mismo. Adicionalmente, cada uno de los conjuntos 26 de brazo
robótico tiene un engranaje 44 de tornillo sin fin accionado por
motor para hacer girar el instrumento 22, 24 o el endoscopio 28
unido al mismo alrededor de su eje longitudinal. Más
particularmente, el engranaje de tornillo sin fin accionado por
motor hace girar los instrumentos o el endoscopio.
Los brazos 16, 18, 20 articulados primero,
segundo y tercero están acoplados a un controlador 46 que puede
controlar el movimiento de los brazos. Los brazos están acoplados al
controlador 46 mediante conexiones eléctricas, cableado o mediante
un sistema transmisor/receptor de manera que las señales de control
puedan hacerse pasar desde el controlador 46 hasta cada uno de los
brazos 16, 18 y 20 articulados. Es preferible, para garantizar una
comunicación sin errores entre cada uno de los brazos 16, 18 y 20
articulados y el controlador 46, que cada brazo 16, 18, 20 esté
conectado eléctricamente al controlador, y a modo de ejemplo, cada
brazo 16, 18, 20 está conectado eléctricamente al controlador 46
mediante cableado 47 eléctrico. Sin embargo, es posible controlar
cada brazo 16, 18, 20 a distancia utilizando sistemas de control
bien conocidos, en contraposición a las conexiones eléctricas
directas. Dado que tales sistemas de control a distancia son bien
conocidos en la técnica, no se tratarán adicionalmente en el
presente documento.
El controlador 46 está conectado a un
dispositivo 48 de entrada tal como a un pedal, controlador manual o
unidad de reconocimiento de voz. A modo de ejemplo, en el presente
documento se describe un controlador mediante el pie. Un cirujano
puede hacer funcionar el dispositivo 48 de entrada para mover la
ubicación del endoscopio 28 y ver una parte diferente del paciente
apretando un(os) botón(es) correspondiente(s)
dispuesto(s) sobre el dispositivo 48 de entrada. El
controlador 46 recibe las señales de entrada del dispositivo 48 de
entrada y mueve el endoscopio 28 y el conjunto 26 de brazo robótico
del tercer brazo 20 articulado según los comandos de entrada del
cirujano. Cada uno de los conjuntos 26 de brazo robótico pueden ser
dispositivos que vende el cesionario de la presente invención,
Computer Motion, Inc. de Goleta, California, con la marca registrada
AESOP. El sistema también se describe en la patente de los EE.UU.
número 5.515.478.
Aunque se muestra y se describe un pedal 49,
debe entenderse que el sistema puede tener otros medios de entrada
tales como un controlador manual o una interfaz de reconocimiento de
voz.
El movimiento y la colocación de los
instrumentos 22, 24 unidos a los brazos 16 y 18 articulados primero
y segundo están controlados por un cirujano en un par de mangos 50
y 52 principales. Cada uno de los mangos 50, 52 principales que
pueden manipularse por el cirujano tiene una relación
modelo-aplicación subordinada con uno
correspondiente de los brazos 16, 18 articulados de modo que el
movimiento de un mango 50 ó 52 produce un movimiento
correspondiente del instrumento 22, 24 quirúrgico unido al brazo 16,
18 articulado.
Los mangos 50 y 52 pueden montarse a una cabina
54 portátil. Un segundo monitor 56 de televisor puede colocarse en
la cabina 54 y acoplarse al endoscopio 28 mediante medios bien
conocidos, de modo que el cirujano pueda ver fácilmente los órganos
internos del paciente 12. Los mangos 50 y 52 también se acoplan al
controlador 46: El controlador 46 recibe señales de entrada de los
mangos 50 y 52, calcula un movimiento correspondiente de los
instrumentos quirúrgicos, y proporciona señales de salida para mover
los conjuntos 26 de brazo robótico e instrumentos 22, 24. Dado que
el cirujano puede controlar el movimiento y la orientación de los
instrumentos 22, 24 sin sujetar realmente los extremos de los
instrumentos, el cirujano puede utilizar el sistema 10 de la
presente invención tanto sentado como de pie. Una ventaja del
presente sistema es que un cirujano puede realizar intervenciones
quirúrgicas endoscópicas en una posición sentada. Esto ayuda a
reducir la fatiga del cirujano y puede mejorar el rendimiento y los
resultados en el quirófano, especialmente durante aquellas
intervenciones quirúrgicas que duran muchas horas. Para adaptarse a
una posición sentada, puede proporcionarse una silla 57 con el
sistema.
Cada mango tiene múltiples grados de libertad
proporcionados por las diversas juntas Jm1-Jm5
representadas en la figura 2. Las juntas Jm1 y Jm2 permiten que el
mango rote alrededor de un punto de pivote en la cabina 54. La
junta Jm3 permite que el cirujano mueva el mango hacia dentro y
hacia fuera de la cabina 54 de una manera lineal. La junta Jm4
permite que el cirujano rote el mango principal alrededor de un eje
longitudinal del mango. La junta Jm5 permite que un cirujano abra y
cierre un dispositivo de agarre.
Cada junta Jm1-Jm5 tiene uno o
más sensores de posición que proporcionan señales de retroacción de
fuerza que corresponden a la posición relativa del mango. Los
sensores de posición pueden ser potenciómetros, o cualquier otro
dispositivo de retroacción de fuerza, tales como codificadores
ópticos rotatorios que proporcionan una señal eléctrica que
corresponde a un cambio de posición. Adicionalmente, puede
emplazarse una pluralidad de sensores de posición en cada junta
para proporcionar redundancia en el sistema que puede utilizarse
para alertar a un cirujano del mal funcionamiento o de la
colocación inapropiada de un conjunto 26 de brazo robótico
correspondiente.
Además de los sensores de posición, cada junta
puede incluir tacómetros, acelerómetros y captadores dinamométricos
sensores de fuerza, cada uno de los cuales puede proporcionar
señales eléctricas con relación a la velocidad, la aceleración y la
fuerza que se está aplicando a una junta respectiva. Adicionalmente,
pueden incluirse actuadores en cada junta para reflejar la
retroacción de fuerza recibida en un conjunto 26 de brazo robótico.
Esto puede ser especialmente útil en la junta Jm5 para indicar la
fuerza encontrada dentro de un paciente por el dispositivo de
agarre dispuesto en el extremo de una de las herramientas 22 ó 24.
Como tal, debe incluirse un elemento reflector de fuerza en el
dispositivo de agarre del instrumento 22, 24 para efectuar tal
circuito de retroacción de fuerza reflector de fuerza. Elementos
reflectores de fuerza, tales como un elemento piezoeléctrico en
combinación con un puente de piedra de amolar son bien conocidos en
la técnica. Sin embargo, hasta ahora no se conoce la utilización de
tal reflexión de fuerza con un sistema 10 de este tipo.
La figura 3 muestra los diversos grados de
libertad de cada brazo 16 y 18 articulado. Las juntas Js1, Js2 y
Js3 corresponden a los ejes de movimiento del motor 34 de base y a
los motores 36, 38 rotativos de los conjuntos 26 de brazo robótico,
respectivamente. Las juntas Js4 y Js5 corresponden a las juntas 40 y
42 pasivas de los brazos 26. La junta Js6 puede ser un motor que
rota los instrumentos quirúrgicos alrededor del eje longitudinal
del instrumento. La junta Js7 puede ser un par de dedos que pueden
abrirse y cerrarse. Los instrumentos 22 y 24 se mueven alrededor de
un punto de pivote P situado en la incisión del paciente.
La figura 4 muestra un diagrama esquemático de
un sistema de control que se traduce en un movimiento de un mango
principal en un movimiento correspondiente de un instrumento
quirúrgico. Según el sistema de control mostrado en la figura 4, el
controlador 46 calcula las señales de salida para los brazos
articulados, de modo que el instrumento quirúrgico se mueva junto
con el movimiento del mango. Cada mango puede tener un botón 58 de
entrada que permite que el instrumento se mueva con el mango. Cuando
el botón 58 de entrada se aprieta, el instrumento quirúrgico sigue
el movimiento del mango. Cuando el botón 58 se libera, el
instrumento no sigue el movimiento del mango. De esta manera, el
cirujano puede ajustar o "retener" la posición del mango sin
crear un movimiento indeseable correspondiente del instrumento. La
característica de "retén" permite que el cirujano mueva
continuamente los mangos hasta posiciones más deseables sin alterar
las posiciones de los brazos. Adicionalmente, debido a que los
mangos están limitados por un punto de pivote, la característica de
retén permite que el cirujano mueva los instrumentos más allá de
las limitaciones dimensionales de los mangos. Aunque se muestra y
se describe un botón 58 de entrada, debe entenderse que el
instrumento quirúrgico puede activarse mediante otros medios, tal
como el reconocimiento de voz. El botón de entrada puede estar
enclavado alternativamente de modo que el movimiento del
instrumento correspondiente bascule entre activo e inactivo cada vez
que el cirujano aprieta el botón.
Cuando el cirujano mueve un mango, los sensores
de posición proporcionan señales M1-M5 de
retroacción de fuerza que corresponden al movimiento de las juntas
Jm1-Jm5, respectivamente. El controlador 46 calcula
la diferencia entre la nueva posición del mango y la posición
original del mango en el bloque 60 de cálculo para generar valores
M1-M5 de posición incrementales.
Los valores M1-M5 de posición
incrementales se multiplican por los factores S1-S5
de graduación, respectivamente en el bloque 62. Los factores de
graduación se fijan normalmente a menos de uno, de modo que el
movimiento del instrumento sea inferior que el movimiento del
mango. De esta manera, el cirujano puede producir movimientos muy
finos de los instrumentos con movimientos relativamente toscos de
los mangos. Los factores S1-S5 de graduación son
variables, de modo que el cirujano pueda variar la resolución del
movimiento del instrumento. Cada factor de graduación es variable
preferiblemente de manera individual, de modo que el cirujano pueda
controlar más finamente el instrumento en determinadas direcciones.
A modo de ejemplo, mediante el ajuste de uno de los factores de
graduación a cero, el cirujano puede evitar que el instrumento se
mueva en una dirección. Esto puede ser ventajoso si el cirujano no
quiere que el instrumento quirúrgico se ponga en contacto con un
órgano o un determinado tejido situado en una determinada dirección
con relación al paciente. Aunque se describen factores de
graduación menores que una unidad, debe entenderse que un factor de
graduación puede ser mayor que uno. Por ejemplo, puede ser deseable
girar el instrumento a una velocidad superior que el giro
correspondiente del mango.
El controlador 46 añade los valores
M1-M5 incrementales a los ángulos
Mj1-Mj5 de junta iniciales en el elemento 64
sumador para proporcionar los valores Mrl-Mr5. El
controlador 46 calcula entonces los cálculos del vector de
aplicación subordinada deseado en el bloque 66 de cálculo según las
ecuaciones siguientes.
- Rdx = Mr3 \cdot sen (Mr1) \cdot cos (Mr2) + Px
- Rdy = Mr3 \cdot sen (Mr1) \cdot sen (Mr2) + Py
- Rdz = Mr3 \cdot cos (Mr1) + Pz
- Sdr = Mr4
- Sdg = Mr5
\vskip1.000000\baselineskip
en las
que;
Rdx,y,z = las nuevas posiciones deseadas del
útil final del instrumento.
Sdr = la rotación angular del instrumento
alrededor del eje longitudinal del instrumento.
Sdg = la cantidad de movimiento de los dedos del
instrumento.
Px,y,z = la posición del punto P de pivote.
\newpage
El controlador 46 calcula entonces el movimiento
del brazo 26 robótico en el bloque 68 de cálculo según las
ecuaciones siguientes.
- Jsd1 = Rdz
\vskip1.000000\baselineskip
- Jsd 3 = \pi - cos^{-1} \left[\frac{Rdx^{2} + Rdy^{2} - L1^{2} - L2^{2}}{2L1 \cdot L2} \right]
\vskip1.000000\baselineskip
- Jsd2 = tan^{-1} (Rdy/Rdx) + \Delta para Jsd3 \leq 0
- Jsd2 = tan^{-1} (Rdy/Rdx) - \Delta para Jsd3 > 0
\vskip1.000000\baselineskip
- \Delta = cos^{-1} \left[\frac{Rdx^{2} + Rdy^{2} - L1^{2} - L2^{2}}{2 \cdot L1 \sqrt{Rdx^{2} + Rdy^{2}}} \right]
\vskip1.000000\baselineskip
- Jsd6 = Mr4
- Jsd7 = Mr5
en las
que;
Jsd1 = el movimiento del motor lineal.
Jsd2 = el movimiento el primer motor
rotativo.
Jsd3 = el movimiento del segundo motor
rotativo.
Jsd6 = el movimiento del motor de rotación.
Jsd7 = el movimiento del dispositivo de
agarre.
L1 = la longitud del brazo de enlace entre el
primer motor rotativo y el segundo motor rotativo.
L2 = la longitud del brazo de enlace entre el
segundo motor rotativo y las juntas pasivas.
El controlador proporciona señales de salida a
los motores para mover el brazo y el instrumento en la ubicación
deseada en el bloque 70. Este proceso se repite para cada movimiento
del mango.
El mango principal tendrá una posición espacial
diferente con relación al instrumento quirúrgico si el cirujano
libera, o bascula, el botón de entrada y mueve el mango. Cuando el
botón 58 de entrada se aprieta inicialmente, el controlador 46
calcula los ángulos Mj1-Mj5 de junta iniciales en el
bloque 72 de cálculo con las ecuaciones siguientes.
- Mj1 = tan^{-1} (ty/tx)
- Mj2 = tan^{-1} (d/tz)
- Mj3 = D
- Mj4 = Js6
- Mj5 = Js7
\vskip1.000000\baselineskip
- d = \sqrt{tx^{2} + ty^{2}}
\vskip1.000000\baselineskip
- tx = \frac{Rsx
- Px}{D}
\hskip0,5cm
ty = \frac{Rsy - Py}{D}\hskip0,5cm
tz = \frac{Rsz - Pz}{D}
\vskip1.000000\baselineskip
- D = \sqrt{(Rsx - Px)^{2} + (Rsy - Py)^{2} + (Rsz - Pz)^{2}}
Los siguientes valores cinemáticos se calculan
en el bloque 74 con las ecuaciones siguientes.
- Rsx = L1 \cdot cos (Js2) + L2 \cdot cos (Js2 + Js3)
- Rsx = L1 \cdot cos (Js2) + L2 \cdot cos (Js2 + Js3)
- Rsz = J1
Los ángulos Mj de junta se facilitan al sumador
64. Los puntos Px, Py y Pz de pivote se calculan en el bloque 76 de
cálculo tal como sigue. El punto de pivote se calcula determinando
inicialmente la posición original de la intersección del útil final
y el instrumento PO, y el vector Uo unitario que tiene la misma
orientación que el instrumento. Los valores de posición P(x,
y, z) pueden derivarse de diversos sensores de posición del brazo
robótico. En referencia a la figura 5, el instrumento está dentro de
una primera sistema de coordenadas (x, y, z) que tiene los ángulos
\theta4 y \theta5. El vector Uo unitario se calcula por la
matriz de transformación:
Tras cada movimiento del útil final, se calcula
un movimiento angular del instrumento \Delta\Theta tomando el
arcoseno del producto vectorial de los vectores Uo y U1 unitarios
primero y segundo del instrumento según las siguientes ecuaciones
lineales Lo y L1.
en las que;
T = un vector que es un producto vectorial de
los vectores Uo y U1 unitarios.
El vector unitario de la nueva posición U1 del
instrumento se determina de nuevo utilizando los sensores de
posición y la matriz de transformación descritos anteriormente. Si
el ángulo es mayor que un valor umbral, entonces se calcula un
nuevo punto de pivote y Uo se fija a U1. Tal como se muestra en la
figura 6, las orientaciones del instrumento primera y segunda
pueden definirse mediante las ecuaciones lineales Lo y L1:
Lo:
- xo = Mxo \cdot zo + Cxo
- yo = Myo \cdot zo + Cyo
L1:
- x1 = Mx1 \cdot z1 + Cx1
- y1 = My1 \cdot z1 + Cy1
en las
que;
Zo = una coordenada Z a lo largo de la recta Lo
con relación al eje z del primer sistema de coordenadas.
Z1 = una coordenada Z a lo largo de la recta L1
con relación al eje z del primer sistema de coordenadas.
Mxo = una pendiente de la recta Lo como una
función de Zo.
Myo = una pendiente de la recta Lo como una
función de Zo.
Mx1 = una pendiente de la recta L1 como una
función de Z1.
My1 = una pendiente de la recta L1 como una
función de Z1.
Cxo = una constante que representa la
intersección de la recta Lo y el eje x del primer sistema de
coordenadas.
Cyo = una constante que representa la
intersección de la recta Lo y el eje y del primer sistema de
coordenadas.
Cx1 = una constante que representa la
intersección de L1 y el eje x del primer sistema de coordenadas.
Cy1 = una constante que representa la
intersección de la recta L1 y el eje y del primer sistema de
coordenadas.
Las pendientes se calculan utilizando los
algoritmos siguientes.
- Mxo = Uxo/Uzo
- Myo = Uyo/Uzo
- Mx1 = Ux1/Uz1
- My1 = Uy1/Uz1
- Cx0 = Pox - Mx1 \cdot Poz
- Cy0 = Poy - My1 \cdot Poz
- Cx1 = P1x - Mx1 \cdot P1z
- Cy1 = P1y - My1 \cdot P1z
en los
que;
Uo(x, y, y z) = los vectores unitarios
del instrumento en la primera posición dentro del primer sistema de
coordenadas.
U1(x, y, y z) = los vectores unitarios
del instrumento en la segunda posición dentro del primer sistema de
coordenadas.
Po(x, y, y z) = las coordenadas de la
intersección del útil final y el instrumento en la primera posición
dentro del primer sistema de coordenadas.
P1(x, y, y z) = las coordenadas de la
intersección del útil final y el instrumento en la segunda posición
dentro del primer sistema de coordenadas.
Para encontrar una ubicación aproximada del
punto de pivote, se determinan los puntos de pivote del instrumento
en la primera orientación Lo (punto Ro de pivote) y en la segunda
orientación L1 (punto R1 de pivote) y se calcula la distancia a
medio camino entre los dos puntos Ro y R1 y se almacena como el
punto Rave de pivote del instrumento. El punto Rave de pivote se
determina utilizando el vector T de producto vectorial.
Para encontrar los puntos Ro y R1 se establecen
las igualdades siguientes para definir una recta con la misma
orientación que el vector T que pasa a través tanto de Lo como de
L1.
- tx = Tx/Tz
- ty = Ty/Tz
en las
que;
tx = la pendiente de una recta definida por el
vector T con relación al plano Z-x del primer
sistema de coordenadas.
ty = la pendiente de una recta definida por el
vector T con relación al plano Z-y del primer
sistema de coordenadas.
Tx = la componente x del vector T.
Ty = la componente y del vector T.
Tz = la componente z del vector T.
Seleccionado dos puntos para determinar las
pendientes Tx, Ty y Tz (por ejemplo, Tx = xl - xo, Ty = yl - yo y
Tz = z1 - z0) y sustituyendo las ecuaciones lineales Lo y L1, se
proporciona una solución para las coordenadas de punto para Ro (xo,
yo, zo) y R1 (x1, y1, z1) tal como sigue.
- zo = ((Mx1 - tx)z1 + Cx1 - Cxo)/(Mxo - tx)
- z1 = ((Cy1 - Cyo) (Mxo - tx) - (Cx1 - Cxo) (Myo - ty))/((Myo - ty) (Mx1 - tx) - (My1 - ty) {}\hskip0.65cm (Mxo - tx))
- yo = Myo \cdot zo + Cyo
- y1 = My1 \cdot z1 + Cy1
- xo = Mxo \cdot zo + Cxo
- x1 = Mx1 \cdot z1 + Cx1
La distancia promedio entre los puntos de pivote
Ro y R1 se calcula con la ecuación siguiente y se almacena como el
punto de pivote del instrumento.
- Rave = ((x1 + xo)/2, (y1 + yo)/2, (z1 + zo)/2)
El punto de pivote puede actualizarse
continuamente con la rutina de algoritmo descrita anteriormente.
Cualquier movimiento del punto de pivote se puede comparar con un
valor umbral y puede emitirse una señal de advertencia o el sistema
robótico puede llegar a desconectarse si el punto de pivote se mueve
más allá de un límite fijado. La comparación con un límite fijado
puede ser útil en la determinación de si el paciente se ha movido, o
si el instrumento se está manipulando fuera del paciente,
situaciones que pueden dar como resultado la lesión del paciente o
de los ocupantes del quirófano.
Para proporcionar retroacción de fuerza al
cirujano, los dedos de los instrumentos pueden tener sensores de
presión que detectan la fuerza de reacción proporcionada por el
objeto que se está agarrando por el útil final. En referencia a la
figura 4, el controlador 46 recibe las señales Fs del sensor de
presión y genera las señales Cm correspondientes en el bloque 78
que se proporcionan a un accionador situado dentro del mango. El
accionador proporciona una presión correspondiente sobre el mango
que se transmite a la mano del cirujano. La retroacción de fuerza
de presión permite que el cirujano detecte la presión que está
aplicando el instrumento. Como una realización alternativa, el
mango puede acoplarse a los dedos del útil final mediante un cable
mecánico que transfiere directamente la fuerza de agarre de los
dedos a las manos del cirujano.
La figura 7 muestra una realización preferida de
un útil 80 final que puede utilizarse en la presente invención. El
útil 80 final incluye un instrumento 82 quirúrgico, tal como los
descritos anteriormente en el presente documento 22, 24, que está
acoplado a un impulsor 84 de la herramienta de carga frontal. El
útil 80 final está montado en uno de los conjuntos 26 de brazo
robótico mediante el mecanismo 45 de acoplamiento. El mecanismo 45
de acoplamiento incluye un collar 85 que se une de manera extraíble
a un soporte 86. El soporte 86 incluye un engranaje 87 de tornillo
sin fin que está accionado por un motor en el conjunto 26 de brazo
robótico para hacer girar el collar 85 y, a su vez, hacer rotar el
instrumento 82 alrededor de su eje longitudinal. El soporte 86
incluye un eje 88 que se asienta en una ranura en el conjunto 26 de
brazo robótico. El eje 88 puede volverse mediante el motor en el
conjunto de brazo, que entonces hace girar el engranaje 87 de
tornillo sin fin, haciendo girar así el collar 86 y el instrumento
82. Puede emplearse una herramienta 89 tensora para tensar y aflojar
el collar alrededor del instrumento 82. Una herramienta de este
tipo funciona como una llave macho, para tensar y aflojar el collar
86.
El instrumento 82 quirúrgico tiene un primer
dedo 90 que está conectado sobre pivote a un segundo dedo 91. Los
dedos 90, 91 pueden manipularse para sujetar objetos tales como
tejido o una aguja de sutura. La superficie interna de los dedos
puede tener una textura para aumentar la capacidad de fricción y
agarre del instrumento 82. El primer dedo 90 está acoplado a una
varilla 92 que se extiende a través de un canal 94 central del
instrumento 82. El instrumento 82 puede tener un manguito 96
externo que coopera con un cierre 98 de desconexión rápida de bola
desviado por resorte. La desconexión 98 rápida permite que otros
instrumentos distintos del dedo de sujeción se acoplen al impulsor
84 de la herramienta de carga frontal. Por ejemplo, el instrumento
82 puede desacoplarse de la desconexión 98 rápida y reemplazarse
por una herramienta de corte, una herramienta de sutura, una
herramienta de grapado adaptada para su uso en este sistema, tal
como el aparato de grapado descrito en la patente de los EE.UU.
número 5.499.990 o 5.389.103 cedida a Karlsruhe, una cuchilla de
corte, u otras herramientas quirúrgicas utilizadas en la cirugía
mínimamente invasiva. La desconexión 98 rápida permite que los
instrumentos quirúrgicos se intercambien sin tener que volver a
esterilizar el impulsor 84 de la herramienta de carga frontal cada
vez que un instrumento se conecta al impulsor 84 de la herramienta.
El funcionamiento del impulsor 84 de la herramienta de carga
frontal se tratará en más detalle más adelante en el presente
documento.
La desconexión 98 rápida tiene una ranura 100
que aloja un pasador 102 del impulsor 84 de la herramienta de carga
frontal. El pasador 102 bloquea la desconexión 98 rápida para el
impulsor 100 de la herramienta de carga frontal. El pasador 102
puede liberarse bajando una palanca 104 desviada por resorte. La
desconexión 98 rápida tiene un pistón 106 que está unido a la
varilla 92 de la herramienta y en contacto con un pistón 108 de
salida de un captador 110 dinamométrico situado dentro del impulsor
84 de la herramienta de carga frontal.
El captador 110 dinamométrico se monta a una
tuerca 112 de tornillo de avance. La tuerca 112 de tornillo de
avance está acoplada a un tornillo 114 de avance que se extiende
desde una caja 116 de engranajes. La caja 116 de engranajes se
acciona mediante un motor 118 reversible que está acoplado a un
codificador 120. La totalidad del útil 80 final se hace girar por
el engranaje 87 de tornillo sin fin accionado por motor.
En funcionamiento, el motor 118 del impulsor 84
de la herramienta de carga frontal recibe comandos de entrada desde
el controlador 46 mediante cableado eléctrico, o un sistema
transmisor/receptor y se activa, en consecuencia. El motor 118 hace
girar el tornillo 114 de avance que mueve la tuerca 112 del tornillo
de avance y el captador 110 dinamométrico de una manera lineal. El
movimiento del captador 110 dinamométrico acciona el pistón 106 del
acoplador y la varilla 92 de la herramienta, que hace girar el
primer dedo 88. El captador 110 dinamométrico detecta la fuerza
opuesta que se está aplicando a los dedos y proporciona una señal de
retroacción de fuerza correspondiente al controlador 46.
El impulsor 84 de la herramienta de carga
frontal puede cubrirse con un paño 124 quirúrgico estéril, de modo
que el impulsor 84 de la herramienta no tenga que esterilizarse tras
cada intervención quirúrgica. Adicionalmente, el conjunto 26 de
brazo robótico se cubre preferiblemente con un paño 125 quirúrgico
estéril de modo que tampoco tenga que esterilizarse. Los paños 124,
125 quirúrgicos sirven sustancialmente como medio para envolver el
impulsor 84 de la herramienta de carga frontal y el conjunto 26 de
brazo robótico. El paño 125 quirúrgico utilizado para envolver el
conjunto 26 de brazo robótico se representa en mayor detalle en la
figura 26. El paño 125 quirúrgico tiene un extremo 300 abierto
sustancialmente en el que puede emplazarse el conjunto 26 de brazo
robótico en el paño 125 quirúrgico. El paño 125 quirúrgico incluye
adicionalmente un extremo 302 encerrado sustancialmente estrechado
que separa eficazmente el conjunto 26 de brazo del entorno del
quirófano. Una arandela 304 que tiene una pequeña abertura 306
formada a través de ella permite que un instrumento se acople al
conjunto 26 de brazo mediante el mecanismo 45 de acoplamiento. La
arandela 304 refuerza el paño 125 quirúrgico para garantizar que el
paño 125 quirúrgico no se rasgue cuando el conjunto 26 de brazo se
mueve alrededor. Esencialmente, el instrumento no puede envolverse
en el paño 125 quirúrgico porque va a insertarse en el paciente 12.
El paño 125 quirúrgico también incluye una pluralidad de cinta 308
que tiene adhesivo 310 dispuesto sobre ella. Al menos un trozo de
la cinta 308 se dispone de manera opuesta a los otros trozos de
cinta 308 para efectuar el cierre del paño 125 quirúrgico alrededor
del conjunto 26 de brazo.
La figuras 8 y 8a muestran una realización
preferida de un conjunto 130 de mango principal. El conjunto 130 de
mango principal incluye un mango 132 principal que está acoplado a
un brazo. El mango 132 principal puede estar acoplado al brazo 134
mediante un pasador 136 que se inserta en una ranura 138
correspondiente en el mango 132. El mango 132 tiene un botón 140 de
control que el cirujano puede apretar. El botón 140 de control está
acoplado a un interruptor 142 mediante un eje 144. El botón 140 de
control corresponde al botón 58 de entrada mostrado en la figura 4,
y activa el movimiento del útil final.
El mango 132 principal tiene un primer
dispositivo 146 de agarre que está conectado sobre pivote a un
segundo dispositivo 148 de agarre estacionario. La rotación del
primer dispositivo 146 de agarre crea un movimiento lineal
correspondiente de un eje 150 de mango. El eje 150 de mango mueve un
eje 152 del dispositivo de agarre que está acoplado a un captador
154 dinamométrico mediante un cojinete 156. El captador 154
dinamométrico detecta la cantidad de presión que se está aplicando
y proporciona una señal de entrada al controlador 46. El
controlador 46 proporciona entonces una señal de salida para mover
los dedos del útil final.
El captador 154 dinamométrico está montado a una
tuerca 158 de tornillo de avance que está acoplado a un tornillo
160 de avance. El tornillo 160 de avance se extiende desde una caja
162 reductora que está acoplada a un motor 164 que tiene un
codificador 166. El controlador 46 del sistema recibe la señal de
retroacción de fuerza del captador 110 dinamométrico en el útil
final y proporciona una señal de comando correspondiente al motor
para mover el tornillo 160 de avance y aplicar una presión en el
dispositivo de agarre de modo que el cirujano recibe la retroacción
de fuerza con respecto a la fuerza que se está aplicando por el útil
final. De esta manera, el cirujano tiene una "sensación" de
funcionamiento del útil final.
El mango está unido a un alojamiento 168
giratorio que rota alrededor del cojinete 170. El alojamiento 168
giratorio está acoplado a un sensor 172 de posición mediante un
conjunto 174 de engranaje. El sensor 172 de posición puede ser un
potenciómetro que proporciona señales de retroacción de fuerza al
controlador 46 que corresponden a la posición relativa del mango.
Adicionalmente, puede emplearse un codificador óptico para este
fin. Alternativamente, pueden utilizarse tanto un potenciómetro como
un codificador óptico para proporcionar redundancia en el sistema.
El movimiento de la placa rotatoria se traduce en un giro
correspondiente del útil final mediante el controlador y el
conjunto de brazo robótico.
El brazo 134 puede estar acoplado a un cojinete
176 lineal y a un sensor 178 de posición correspondiente que
permite y detecta el movimiento lineal del mango. El movimiento
lineal del mango se traduce en un movimiento lineal correspondiente
del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo
robótico. El brazo puede pivotar alrededor de los cojinetes 180, y
detectarse por el sensor 182 de posición situado en una plataforma
184. La plataforma 184 puede rotar alrededor del cojinete 186 que
tiene un sensor 188 de posición correspondiente. La rotación del
brazo se tradu-
ce en el movimiento de pivote correspondiente del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo robótico.
ce en el movimiento de pivote correspondiente del útil final mediante el controlador y el conjunto de brazo robótico.
Una mano humana tendrá un temblor natural que
normalmente resuena entre 6-12 hercios. Para
eliminar el movimiento de ajuste de compensación de los
instrumentos quirúrgicos con el temblor de la mano, el sistema tiene
un filtro que elimina por filtración cualquier movimiento de los
mangos que pudiera producirse dentro del ancho de banda de
frecuencia del temblor. En referencia a la figura 4, el filtro 184
puede filtrar señales análogas proporcionadas por los
potenciómetros en un intervalo de frecuencia de entre
6-12 hercios. Alternativamente, pueden utilizarse
un codificador óptico y un filtro digital para este fin.
Tal como se muestra en la figuras 9 y
10A-J, el sistema se utiliza preferiblemente para
realizar una intervención quirúrgica cardiaca tal como un injerto
de derivación de la arteria coronaria (IDAC). La intervención
quirúrgica se realiza cortando inicialmente tres incisiones en el
paciente e insertando los instrumentos 22 y 24 quirúrgicos y el
endoscopio 26 a través de las incisiones. Uno de los instrumentos 22
quirúrgicos sujeta una aguja de sutura y un hilo adjunto cuando se
inserta en la cavidad torácica del paciente. Si la arteria va a
injertarse con un vaso secundario, tal como una vena safena, el
otro instrumento 24 quirúrgico puede sujetar la vena mientras que
el útil final del instrumento se inserta en el paciente.
La arteria mamaria interna (AMI) puede cortarse
y moverse por uno de los instrumentos hasta una ubicación de
injerto de la arteria coronaria. La arteria coronaria se corta para
crear una abertura en la pared de la arteria de un tamaño que se
corresponde con el diámetro de la AMI. La(s)
incisión(es) pueden realizarse mediante una herramienta de
corte que está acoplada a uno de los útiles finales y puede
manipularse a distancia a través de un mango principal. Las
arterias se sujetan para evitar un flujo de sangre desde las
arterias mamaria y coronaria cortadas. El cirujano manipula el
mango para mover la AMI adyacente a la abertura de la arteria
coronaria. Aunque se muestra y se describe el injerto de la AMI,
debe entenderse que pueden injertarse otros vasos tal como una vena
safena cortada para realizar una operación de derivación de una
obstrucción en la arteria coronaria.
En referencia a las figuras
10A-J, el cirujano mueve el mango para manipular el
instrumento en la conducción de la aguja a través de la AMI y la
arteria coronaria. El cirujano mueve entonces el instrumento
quirúrgico para agarrar y tirar de la aguja a través de la arteria
coronaria y del injerto, tal como se muestra en la figura 10B. Tal
como se muestra en la figura 10C, los instrumentos quirúrgicos se
manipulan entonces para realizar una sutura en la parte de atrás de
una arteria de injerto. La aguja puede extraerse entonces de la
cavidad torácica. Tal como se muestra en las figuras
10D-F, puede insertarse una nueva aguja e hilo en la
cavidad torácica para suturar la parte delantera de la arteria de
injerto a la arteria coronaria. Tal como se muestra en la figura
10H-J, pueden insertarse nuevas agujas y el cirujano
manipula los mangos para crear suturas continuas desde la parte
trasera hasta la parte delantera, y desde la parte delantera hasta
la parte trasera. El movimiento graduado del instrumento quirúrgico
permite que el cirujano mueva con precisión las suturas alrededor
de la cavidad torácica. Aunque se ha mostrado y descrito una
secuencia de injerto específica, debe entenderse que las arterias
pueden injertarse con otras técnicas. En general, el sistema de la
presente invención puede utilizarse para realizar cualquier
intervención quirúrgica anastomótica mínimamente invasiva.
Tal como se describió anteriormente en el
presente documento, el sistema puede incluir un impulsor 84 de la
herramienta de carga frontal que recibe señales de control
procedentes del controlador 46 en respuesta a un movimiento de un
mango 50 ó 52 principal e impulsa la herramienta dispuesta en el
extremo de un instrumento quirúrgico. Alternativamente, en el
sistema 10 de la presente invención puede incorporarse un impulsor
200 de la herramienta de carga trasera, tal como se presenta en las
figuras 11 y 11a. El impulsor 200 de la herramienta de carga
trasera coopera con un instrumento 202 quirúrgico que se puede
cargar por la parte trasera. La incorporación de tal impulsor 200
de la herramienta de carga trasera y del instrumento 202 acelera el
cambio de la herramienta durante las intervenciones quirúrgicas, ya
que las herramientas pueden retirarse del impulsor 200 de la
herramienta y sustituirse por otras herramientas de una forma muy
simple.
El impulsor 200 de la herramienta de carga
trasera está unido a un conjunto 26 de brazo robótico mediante un
collar y un soporte tal como se describió anteriormente en el
presente documento. El impulsor de la herramienta de carga trasera
incluye una cubierta 204 que tiene un extremo 206 proximal y un
extremo 208 distal. La cubierta 204 puede estar formada de plástico
o de algún otro material bien conocido que se utiliza en la
construcción de instrumentos quirúrgicos. La cubierta 204 es
esencialmente un tubo hueco que se ajusta a través del collar 85 y
se tensa en su sitio mediante la herramienta tensora que se
describió en más detalle anteriormente en el presente
documento.
El instrumento 202 quirúrgico que se puede
cargar por la parte trasera tiene un extremo 210 de herramienta y
un extremo 212 de conexión. Una herramienta 214 quirúrgica, tal como
un elemento de sujeción o alguna otra herramienta que puede
impulsarse mediante un sistema de cable o varilla de
empuje/arrastre, o una herramienta quirúrgica que no requiere tal
rodillo o cable, tal como un coagulador o escalpelo harmónico, se
dispone en el extremo 210 de herramienta del instrumento 202.
Un alojamiento 216 se dispone en el extremo 212
de conexión del instrumento 202. El alojamiento tiene una palanca
218 dispuesta interiormente en el alojamiento 216. La palanca 218
tiene un punto 220 de pivote que se establece utilizando un pasador
que pasa a través de una abertura 222 asociada en la palanca. El
pasador puede unirse a la pared 224 interior del alojamiento. Un
cable o varilla 226 de empuje/arrastre, que se extiende a lo largo
de la longitud del instrumento 202 está unido a la palanca 218, de
manera que el movimiento de la palanca 218 alrededor del punto 220
de pivote da como resultado un movimiento lineal del cable o la
varilla 226. Esencialmente, el cable o varilla 226 sirve como un
medio 227 para accionar la herramienta 214 en el extremo 210 de
herramienta del instrumento 202. El cable o varilla 226 puede unirse
a la palanca mediante un pasador de conexión. La palanca 218 tiene
forma de C, en la que los extremos de la palanca 218 sobresalen a
través de dos aberturas 228, 230 en el alojamiento 216. Las
aberturas 228, 230 están rodeadas preferiblemente por juntas 232
tóricas, cuyo fin se describirá en más detalle más adelante en el
presente documento.
El extremo 210 de herramienta del instrumento
202 quirúrgico que se puede cargar por la parte trasera está
emplazado en el tubo hueco del impulsor 200 de la herramienta de
carga trasera. La herramienta 202 puede empujarse a través del
impulsor de la herramienta hasta que el extremo 210 de herramienta
se extiende más allá de la cubierta 204. Las juntas 232 tóricas se
asientan en las aberturas 234, 236 asociadas en un alojamiento 238
del impulsor de la herramienta 200. El alojamiento tiene
adicionalmente una abertura 240 formada centralmente por él, siendo
la abertura coaxial con el interior del tubo hueco. De esta manera,
el instrumento 202 quirúrgico puede insertarse en y a través del
impulsor 200 de la herramienta. Cada una de las juntas 232 tóricas
se asienta perfectamente en su abertura asociada en el alojamiento
238 del impulsor 200 de la herramienta.
El alojamiento 238 incluye adicionalmente un
conjunto 242 de motor que se representa en la figura 11a. El
conjunto 242 de motor está unido al alojamiento 238 y se sujeta
firmemente en su sitio en él. El conjunto de motor incluye
generalmente un motor 244 unido a un reductor 246. El motor impulsa
un ala 248 unida en el extremo del mismo. El ala 248 se acopla a
los extremos de la palanca 218 de manera que el movimiento de
rotación del motor da como resultado el movimiento de la palanca
218 alrededor del punto 220 de pivote. Esto, a su vez, da como
resultado el movimiento lateral del medio 227 para accionar la
herramienta 214 en el extremo 210 de herramienta del instrumento
202. El motor se mueve en respuesta a los movimientos en un mango de
control. Adicionalmente, pueden unirse sensores 248, 250 de fuerzas
en los extremos del ala 248. Como tal, puede incorporarse un
sistema de retroacción de fuerza para detectar la cantidad de fuerza
necesaria para accionar la herramienta 214 en el extremo 210 de
herramienta del instrumento 202. Alternativamente, el motor 244
puede tener un dispositivo 252 de retroacción de fuerza unido al
mismo, que puede utilizarse de una manera similar.
Una ventaja de utilizar el impulsor 200 de la
herramienta de carga trasera es que la cubierta 204 siempre
permanece en el paciente 12. Como tales, las herramientas no tienen
que realinearse, ni tampoco el conjunto 26 de brazo robótico cuando
se sustituyen o intercambian las herramientas. La cubierta 204
conserva su posición con relación al paciente 12 se coloque o no un
paso a su través.
El sistema 10 de la presente invención puede
suministrarse adicionalmente con uno o dos grados de libertad
adicionales en la punta de un instrumento. A modo de ejemplo, se
describirán dos grados de libertad adicionales; sin embargo debe
apreciarse también que puede incluirse sólo un grado de libertad.
Para proporcionar los grados de libertad adicionales, y tal como se
presenta en las figuras 13-16, puede incorporarse un
instrumento 300 quirúrgico articulable en el presente. El
instrumento 300 puede acoplarse al conjunto 26 de brazo mediante un
collar y un soporte tal como se describió anteriormente en el
presente documento. Con el fin de articular la punta del
instrumento 300 articulable, debe emplearse un impulsor 500 de la
herramienta de articulación. El impulsor 500 de la herramienta de
articulación se describirá en más detalle más adelante en el
presente documento. La aplicación modelo debe tener dos grados de
libertad adicionales añadidos a la misma para probar los controles
para la articulación en la punta del instrumento 300. La figura 25
representa un diagrama esquemático de la aplicación modelo
alternativa que incluye los dos grados de libertad adicionales. Tal
como se describe más adelante en el presente documento, los dos
grados de libertad adicionales se planean para la parte articulable
del instrumento 300. Los dos ejes adicionales en la aplicación
modelo se denominan Jm6 y Jm7.
Mediante la incorporación del instrumento 300
articulable y del impulsor 500 de la herramienta de articulación y
los grados de libertad adicionales en la aplicación modelo, pueden
llevarse a cabo maniobras difíciles de una manera más fácil.
Con referencia a las figuras
13-16, el instrumento 300 articulable incluye
generalmente una varilla 302 alargada, una cubierta 304, y una
herramienta 306. La herramienta puede ser un elemento de sujeción,
una cuchilla de corte, un separador, un dispositivo de sutura, o
alguna otra herramienta bien conocida utilizada en intervenciones
quirúrgicas mínimamente invasivas. La figuras 27-30
muestran diversas herramientas que pueden emplazarse en el extremo
distal del instrumento 300 quirúrgico articulable.
El instrumento 300 incluye una parte 301
articulable que tiene una parte 308 proximal, un enlace 310 de
pivote y una parte 212 distal, cada una de las cuales se tratará en
más detalle más adelante en el presente documento. Adicionalmente,
el instrumento 300 incluye un medio 311 para articular la parte 301
articulable del instrumento 300 con respecto a la varilla 302
alargada. La inclusión de la parte 301 articulable proporciona dos
grados de libertad adicionales en la punta del instrumento. También
debe apreciarse que aunque la parte 301 articulable se describe
como que incluye una parte proximal, un enlace de pivote y una parte
distal, puede proporcionarse una pluralidad de partes intermedias
montadas cada una entre sí mediante un enlace de pivote
correspondiente.
Dispuestos entre y montados en cada una de la
parte proximal y la parte distal respectivas y de cualquier parte
intermedia que intervenga, hay enlaces 310 de pivote. El enlace 310
de pivote interconexiona con las partes proximal y distal de la
parte articulable para proporcionar articulación a la punta del
instrumento. Esencialmente, la cooperación de la parte proximal, el
enlace de pivote y la parte distal sirve como una junta
universal.
La varilla 302 alargada es preferiblemente hueca
y está formada de acero inoxidable o plástico o algún otro material
bien conocido que se pueda esterilizar. Dado que la varilla 302 es
hueca, engloba y define un interior 314. La varilla 302 alargada
tiene adicionalmente un extremo 316 proximal y un extremo 318
distal. El extremo 318 distal de la varilla 302 alargada no debe
confundirse con la parte 312 distal de la parte 301 articulable del
instrumento 300.
La parte 308 proximal de la parte 301
articulable puede estar formada de manera integrada con la varilla
302 alargada o puede estar unida a ella mediante soldadura,
adhesivo o algún otro medio bien conocido por el experto en la
técnica. Es preferible que la parte 308 proximal se forme de manera
integrada con la varilla 302 alargada para garantizar suficiente
estabilidad y durabilidad del instrumento 300. La parte 308 proximal
de la parte 301 articulable comprende dos dedos 320, 322 teniendo
cada uno una abertura 324, 326 formada a su través.
Un enlace 310 de pivote está montado a la parte
308 proximal mediante una pluralidad de pasadores 328 que pasan
cada uno a través de una abertura asociada en un dedo colindante. El
enlace 310 de pivote es generalmente un disco 330 plano que tiene
una abertura 332 central que pasa a su través y cuatro aberturas
334, 336, 338, 340 separadas uniformemente en la periferia del
disco 330. Adicionalmente, los pasadores 328 están unidos a y se
extienden desde el borde 342. Los pasadores 328 se asientan en las
aberturas de los dedos asociados para proporcionar la capacidad de
articulación del instrumento 300. Cinco puntos 350, 352, 354, 356,
358 de conexión se extienden por el interior del eje hueco. Un
punto 350 de conexión se extiende hacia abajo hacia el centro y
pasa a través de la abertura 332 central en la articulación 310 de
pivote. Dos, 352, 354, de los cinco puntos de conexión se extienden
hacia abajo hacia el interior hueco del instrumento y se unen al
enlace de pivote de manera que la tensión lineal en uno de los
puntos de conexión da como resultado movimiento de rotación de la
parte 301 de pivote. Estos dos puntos 352, 354 de conexión se unen
al enlace de pivote en dos de las aberturas formadas a su través.
Adicionalmente, se unen a aquellas aberturas que están adyacentes a
los pasadores que pasan a través de los dedos de la parte 308
proximal de la parte 301 articulable del instrumento 300. Los otros
dos puntos 356, 358 de conexión pasan a través de las otras dos
aberturas en la articulación de pivote y se unen en el extremo
distal de la parte 301 articulable. El movimiento de estos dos
puntos de conexión da como resultado el movimiento de la parte 301
articulable que es ortogonal al movimiento cuando se mueven los
otros dos puntos 352, 354 de conexión.
Para articular el instrumento como parte del
presente sistema, y tal como se presenta en las figuras
17-24, se proporciona un mecanismo 400 de
articulación. El mecanismo 400 de articulación comprende
generalmente el impulsor 500 de la herramienta de articulación, un
acoplador 600 estéril, un traductor 700 y la herramienta 300
articulable.
El traductor está unido al extremo 316 proximal
del instrumento 300. El instrumento 300 puede tener adicionalmente
una herramienta 420 extraíble, tal como se muestra en las figuras
18-19. La herramienta 420 extraíble puede ser
cualquier herramienta, tal como un elemento 422 de corte que está
unido a un cable o varilla 424 alargada. En el extremo de la
varilla 246 se dispone una sección 428 plana con una abertura 430
formada a su través. La sección 428 plana se asienta en un canal
432 dispuesto en el extremo de un segundo cable o varilla 434 que
se desplaza hacia abajo del eje alargado del instrumento 300. El
segundo cable 434 tiene un canal 432 formado en el extremo del
mismo, de manera que la sección 428 plana se asienta en el canal
432. Al menos un bloqueador 436 desviado por resorte se asienta en
la abertura 430 dispuesta a través de la sección 428 plana. Esto
conecta la herramienta 420 al resto del instrumento 300. Como tal,
las herramientas pueden intercambiarse en la punta del instrumento
sin tener que extraer el instrumento del sistema 10 cada vez que se
requiere una nueva herramienta.
La herramienta 300 está unida al traductor 700 y
esencialmente está formada de manera integrada con ella. El
mecanismo 400 de articulación está unido al conjunto 26 de brazo
robótico mediante el collar 85, tal como se describió anteriormente
en el presente documento. El collar 85 se fija alrededor del eje 302
del instrumento 300.
El traductor 700 tiene un extremo 702 proximal y
un extremo 704 distal. El extremo 704 distal del traductor 700
tiene una forma de sección transversal que es sustancialmente
similar a la forma de sección transversal de la varilla 302
alargada del instrumento 300. Adicionalmente, el traductor 700 tiene
un interior 706 hueco. La varilla 350 central se extiende a través
del interior 706 hueco del traductor 700 y emerge en el extremo 702
proximal del mismo. Dos de los puntos 352, 354 de conexión terminan
en el interior del traductor en dos salientes 708, 710 que están
unidos a un primer tubo 712 hueco a través del cual se extiende el
punto 350 de conexión central. El primer tubo 712 hueco puede estar
formado de algún material duradero resistente, tal como acero
inoxidable, acero, plástico duro o similares.
El primer tubo 712 hueco está montado a un
cojinete 714, de manera que puede hacerse rotar. La rotación del
primer tubo 712 hueco da como resultado el movimiento lineal de los
puntos 352, 254 de conexión y la articulación de la parte 301
articulable del instrumento 300 en un plano del movimiento.
Un segundo tubo 716 hueco tiene un par de
salientes 718, 719 que se extienden desde él. Dos puntos 356, 358
de conexión están unidos a cada uno de los salientes 718, 719. El
tubo 716 hueco se dispone dentro de un conjunto 720 de cojinete, de
manera que pueda hacerse rotar. De nuevo, la rotación del segundo
tubo 716 hueco da como resultado el movimiento lineal de los puntos
356, 358 de conexión, lo que articula la parte 301 articulable del
instrumento 300 en un plano ortogonal, el plano de movimiento
establecido a través de la rotación del primer tubo hueco. Debe
apreciarse que el segundo tubo 714 hueco rodea radialmente el primer
tubo 712 hueco. El traductor 700 incluye adicionalmente una
desconexión 722 rápida que comprende un pasador 724 dispuesto en el
extremo de una palanca 726 desviada por resorte que proporciona la
unión de manera que se pueda extraer del traductor 700 al acoplador
600 estéril. Ambos tubos 712 y 716 huecos pueden tener muescas 750
formadas en ellos en sus extremos. Las muescas sirven como un medio
752 para interconectar cada uno de los tubos al acoplador 600
estéril, lo que se tratará en más detalle más adelante en el
presente documento.
El traductor 700 está unido de manera que se
pueda extraer al acoplador 600 estéril mediante la desconexión 722
rápida. Debido a que el impulsor 500 de la herramienta de
articulación no se esteriliza fácilmente, es ventajoso incluir un
acoplador 600 estéril, de modo que los instrumentos pueden
intercambiarse sin tener que esterilizar el impulsor 500 de la
herramienta de articulación. Adicionalmente, el acoplador 600
proporciona un medio por el que el traductor 700 puede unirse al
impulsor 500 de la herramienta mientras que el impulsor de la
herramienta está encerrado en un paño 125 quirúrgico, tal como se
representa en la figura 26. El traductor 600 tiene un alojamiento
610. Preferiblemente, el alojamiento y los componentes del acoplador
600 están formados de alguna materia fácilmente esterilizable, tal
como acero inoxidable, plásticos u otros materiales esterilizables
bien conocidos. El alojamiento 610 tiene un interior 612
sustancialmente hueco y extremos 614 y 616 abiertos. Dos tubos 618
y 620 huecos se disponen rotativamente dentro del alojamiento 610.
Para efectuar la rotación de cada uno de los tubos 618 y 620, se
disponen cojinetes 622 y 624 alrededor de cada uno de los tubos.
Cada uno de los tubos tiene muescas 626 formadas en los extremos
de los mismos, para efectuar así la unión del traductor 700 al
acoplador 600 en un extremo. Y para efectuar la unión del acoplador
600 al impulsor 500 de la herramienta de articulación en el otro
extremo del mismo.
El pasador 724 en el traductor puede asentarse
en una muesca 628 para unir el traductor 700 al acoplador 600.
Adicionalmente, el acoplador 600 puede incluir un pasador 630 unido
a un pivote 632 desviado por resorte para efectuar la unión del
acoplador al impulsor 500. El acoplador 600 incluye adicionalmente
una sección 634 central que recibe de manera deslizable el extremo
351 en el cable o varilla 350 central. El extremo 351 puede incluir
una punta con una hendidura 353 circunferencial dispuesta alrededor
del mismo. La punta se asienta en un rebaje 636 formado en la
sección 634 central y está bloqueada en su sitio de manera que se
pueda extraer mediante al menos un bloqueador 638 desviado por
resorte. Una punta 640, que es sustancialmente similar a la punta
que contiene la hendidura 353 circunferencial se dispone adyacente
al rebaje 636 y sirve para unir el cable 350 central al impulsor
500 de la herramienta de articulación, lo que se tratará en mayor
detalle más adelante en el presente documento.
La sección 634 central está destinada a
deslizarse lateralmente dentro del tubo 618 más interno. Para
efectuar tal movimiento de deslizamiento, puede disponerse un
cojinete lineal alrededor de la sección central en el interior del
tubo más interno. Alternativamente, la sección 634 central puede
estar formada de un material de cojinete que proporciona
deslizamiento suave dentro del tubo 618 más interno.
El acoplador 600 se puede unir de manera que se
pueda extraer al impulsor 500 de la herramienta de articulación. Se
pretende que el impulsor de la herramienta de articulación quede
encerrado mediante un paño 125 quirúrgico. El impulsor 500 de la
herramienta de articulación incluye un alojamiento 502
sustancialmente hueco que tiene un primer extremo 504 cerrado y un
segundo extremo 504 sustancialmente abierto. Dispuesto de manera
segura en el interior del alojamiento 502 hay un motor 506 del
dispositivo de agarre, y un par de motores 508 y 510 de movimiento
de muñeca. Cada uno de los motores está en conexión eléctrica con el
controlador 46. Alternativamente, los motores pueden recibir
señales procedentes del controlador mediante un sistema
transmisor/receptor, en el que tales sistemas son bien conocidos.
Es la aplicación de tal sistema transmisor/receptor a la presente
invención lo que es nuevo. El motor 506 del dispositivo de agarre
está unido a una tuerca 510 de carga que rodea a un tornillo 512 de
carga. El motor 506 recibe las señales de control y devuelve la
respuesta. La tuerca 510 de carga gira, lo que mueve lateralmente
el tornillo 512 de carga. El tornillo 512 de carga está unido a un
captador 514 dinamométrico que puede emplearse para medir la fuerza
requerida para mover lateralmente el cable 350 que está unido
mediante el acoplador 600 al motor 506 del dispositivo de agarre.
Esto puede utilizarse en un sistema de retroacción de fuerza que
puede incorporarse en el sistema 10 de la presente invención. Una
varilla 516 que tiene un canal 518 formado en el extremo de la
misma, está unida al captador 514 dinamométrico. Como tal, la
varilla 516 se mueve de una forma lineal. La punta 640 del acoplador
600 se asienta en el canal 518 y se sujeta en su sitio de manera
que se pueda extraer mediante al menos un bloqueador desviado por
resorte o algún otro mecanismo 520 de unión similar. Por tanto, si
un cirujano en un mango principal acciona los dispositivos de
agarre, el motor 506 del dispositivo de agarre gira, moviendo así
lateralmente la varilla 516, y a su vez, el cable 350 central que
abre y cierra los dispositivos de agarre en la herramienta en
consecuencia. Naturalmente, la acción en la herramienta dependerá
del tipo de herramienta dispuesta en ella. Por ejemplo, si se
dispone una
herramienta de grapado en el extremo del instrumento 300 quirúrgico, entonces tendría lugar una acción de grapado.
herramienta de grapado en el extremo del instrumento 300 quirúrgico, entonces tendría lugar una acción de grapado.
Si se hacer girar un mango 50 ó 52 principal
alrededor de los ejes J6 o J7, entonces gira uno de los dos motores
510, 508 de movimiento de que corresponden al movimiento requerido.
Cada uno de los motores 508, 510 está unido a un engranaje 522, 524
correspondiente. Cada uno de los engranajes 522, 524 se engrana a
una sección 530, 532 ranurada correspondiente de un tubo 526, 528
hueco asociado para hacer girar el tubo asociado radialmente
alrededor de su eje longitudinal. Cada uno de los tubos 526, 528
incluye extremos 534, 536 con muescas para engranar los extremos
con muescas a los tubos huecos correspondientes del acoplador 600.
Debe apreciarse que cada uno de los tubos 526, 528, 618 y 620
huecos son todos coaxiales. Adicionalmente, pueden emplazarse
cojinetes entre medias de cada uno de los tubos 526 y 528 para
proporcionar la capacidad de rotación independiente y fácil de los
tubos individuales.
Cuando los tubos 526, 528 se hacen rotar, rotan
los tubos en el acoplador que hace rotar los tubos en el traductor.
Esto da como resultado la articulación en la punta del instrumento
300 quirúrgico. Más particularmente, esto da como resultado la
articulación de la parte articulable del instrumento 300 quirúrgico.
Adicionalmente, ya se emplee el impulsor de la herramienta de carga
frontal, el impulsor de la herramienta de carga trasera, o el
impulsor de la herramienta de articulación, los instrumentos
quirúrgicos pueden intercambiarse fácilmente.
Como tal, una cuchilla 800 de corte puede
intercambiarse por un elemento de sujeción, y un elemento de
sujeción puede intercambiarse por un dispositivo 810 de grapado.
Esencialmente, tal sistema simplifica el rendimiento de las
intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas, en las que la
intervención quirúrgica incluye la etapa de cambiar una herramienta
por otra. Y dado que el sistema permite la articulación en la punta
de determinados instrumentos, el mecanismo de articulación puede
utilizarse para articular tales instrumentos de grapado o corte que
incorporan la parte articulable tal como se describió anteriormente
en el presente documento.
Adicionalmente, el instrumento puede no ser un
instrumento articulable, sino que el mecanismo de articulación
puede utilizarse para controlar otras funciones, tales como el
grapado. La figura 27 representa un instrumento 810 de grapado
unido al conjunto de brazo robótico mediante el collar 85 y el
soporte 86. El punto de conexión que se utiliza generalmente para
la herramienta de agarre, puede utilizarse para efectuar el
mecanismo de grapado. Los dispositivos de grapado endoscópicos son
generalmente bien conocidos en la técnica, sin embargo, hasta ahora
se conoce el uso de un dispositivo de grapado que está unido a un
brazo robótico, tal como se describe en el presente documento.
Adicionalmente, una cuchilla de corte, tal como
la representada en la figura 28 puede emplearse en el sistema de la
presente invención. La cuchilla 800 de corte está unida al conjunto
26 de brazo robótico mediante el collar 85 y el soporte 86. La
cuchilla de corte no requiere un punto de conexión, tal como la
requerida por el elemento de sujeción o el dispositivo de grapado;
sin embargo, la herramienta de corte puede estar articulada
mediante el mecanismo de articulación que se ha descrito
anteriormente en el presente documento.
Un cauterizador o coagulador pueden estar unidos
adicionalmente al conjunto 26 de brazo robótico mediante el collar
85 y el soporte. Los cauterizadores y los coaguladores son bien
conocidos y la herramienta de cauterización puede estar unida en el
extremo de un instrumento articulable, tal como se describió
anteriormente en el presente documento. Mediante el uso de una
variedad de herramientas en secuencias predeterminadas, pueden
llevarse a cabo varias intervenciones quirúrgicas. Generalmente es
preferible poder cambiar los instrumentos porque muchas
intervenciones quirúrgicas lo requieren.
Aunque se han descrito y mostrado determinadas
realizaciones ejemplo en los dibujos adjuntos, debe entenderse que
tales realizaciones son meramente ilustrativas y no restrictivas de
la invención, y que esta invención no está limitada por las
construcciones y disposiciones específicas mostradas y descritas,
puesto que los expertos habituales en la técnica pueden realizar
otras diversas modificaciones.
Claims (30)
1. Sistema (10) que permite a un cirujano
realizar una intervención quirúrgica en un paciente, que
comprende:
un primer brazo (16) articulado que tiene un
primer útil final;
un primer dispositivo (50) de entrada que puede
moverse un incremento espacial del primer dispositivo de entrada
por el cirujano para crear un primer comando de entrada; y
un controlador (46) que está acoplado a dicho
primer dispositivo de entrada y dicho primer brazo articulado,
estando dicho controlador adaptado para recibir dicho primer comando
de entrada procedente de dicho primer dispositivo de entrada y para
proporcionar un primer comando de salida a dicho primer brazo
articulado para mover dicho primer útil final un incremento
espacial del primer útil final, en el que dicho controlador está
adaptado para graduar dicho primer comando de entrada de modo que el
incremento espacial del primer dispositivo de entrada es diferente
del incremento espacial del primer útil final;
caracterizado porque dicho controlador
tiene un filtro adaptado para eliminar por filtración los primeros
comandos de entrada que corresponden a un temblor de la mano del
cirujano.
2. Sistema según la reivindicación 1, que
comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un
segundo útil final, y un segundo dispositivo (52) de entrada que
puede moverse un incremento espacial del segundo dispositivo de
entrada por el cirujano para crear un segundo comando de entrada,
estando adaptado dicho controlador (46) para recibir dicho segundo
comando de entrada procedente de dicho segundo dispositivo de
entrada y para proporcionar un segundo comando de salida a dicho
segundo brazo articulado para mover dicho segundo útil final un
incremento espacial del segundo útil final, en el que dicho
controlador está adaptado para graduar dicho segundo comando de
entrada de modo que el incremento espacial del segundo dispositivo
de entrada es diferente del incremento espacial del segundo útil
final.
3. Sistema según la reivindicación 2, que
comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un
endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada que está
adaptado para recibir una instrucción del cirujano y generar un
tercer comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando
adaptado dicho controlador para recibir dicho tercer comando de
entrada y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho
tercer brazo articulado para mover el endoscopio (28).
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50) principal
adaptado para moverse por el cirujano, teniendo además dicho
dispositivo de entrada un botón de entrada acoplado a dicho
controlador (46) para activar dicho primer brazo (16) articulado
para permitir que dicho primer útil final se mueva junto con un
movimiento de dicho mango principal y para desactivar dicho primer
brazo articulado de modo que dicho primer útil final permanezca
inmóvil cuando dicho mango principal se mueve por el cirujano.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que
dicho mango principal puede pivotar alrededor de un punto de pivote
principal.
6. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho dispositivo de entrada tiene un primer sensor de posición
para proporcionar una primera señal de posición de entrada y un
segundo sensor de posición para proporcionar una segunda señal de
posición de entrada, en el que dicho controlador está adaptado para
proporcionar un primer factor de graduación para dicha primera
señal de posición de entrada y un segundo factor de graduación para
dicha segunda señal de posición de entrada.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho primer brazo articulado rota alrededor de un punto de pivote
situado en una incisión del paciente.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el primer brazo (16) articulado tiene una articulación (42) pasiva
que está acoplada a un primer útil final que se puede insertar en
una incisión, en el que la incisión define un primer punto de
pivote para dicho primer útil final, y en el que dicho primer
comando de salida proporcionado por dicho controlador está adaptado
para efectuar el movimiento de dicho primer útil final con relación
al primer punto de pivote.
9. Sistema según la reivindicación 8, que
comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un
segundo útil final, y un segundo dispositivo (52) de entrada
adaptado para crear un segundo comando de entrada en respuesta a
una instrucción del cirujano, estando adaptado dicho controlador
(46) para recibir dicho segundo comando de entrada procedente de
dicho segundo dispositivo de entrada y para proporcionar un segundo
comando de salida a dicho segundo brazo articulado para mover dicho
segundo útil final alrededor de un segundo punto de pivote situado
en una segunda incisión del paciente.
10. Sistema según la reivindicación 9, que
comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un
endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada adaptado
para recibir una instrucción del cirujano y generar un tercer
comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando adaptado
dicho controlador (46) para recibir dicho tercer comando de entrada
y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho tercer
brazo articulado para mover el endoscopio alrededor de un tercer
punto de pivote situado en una tercera incisión del paciente.
11. Sistema según la reivindicación 10, en el
que dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50) principal
adaptado para moverse por el cirujano.
12. Sistema según la reivindicación 1, que
comprende además un segundo brazo (18) articulado que tiene un
segundo útil final y un segundo dispositivo (52) de entrada que
puede moverse un incremento espacial del segundo dispositivo de
entrada por el cirujano para crear un segundo comando de entrada,
teniendo dicho segundo dispositivo de entrada un segundo botón de
entrada que puede apretarse por el cirujano, estando adaptado dicho
controlador (46) para recibir dicho segundo comando de entrada
procedente de dicho segundo dispositivo de entrada y para
proporcionar un segundo comando de salida a dicho segundo brazo
articulado para mover dicho segundo útil final cuando se aprieta
dicho segundo botón de entrada.
13. Sistema según la reivindicación 12, que
comprende además un tercer brazo (20) articulado que sostiene un
endoscopio (28), y un tercer dispositivo (48) de entrada adaptado
para recibir una instrucción del cirujano y que genera un tercer
comando de entrada en respuesta a la instrucción, estando adaptado
dicho controlador (46) para recibir dicho tercer comando de entrada
y para proporcionar un tercer comando de salida a dicho tercer
brazo articulado para mover el endoscopio (28).
14. Sistema según la reivindicación 12, en el
que dicho primer dispositivo de entrada incluye un mango principal
que puede pivotar alrededor de un punto de pivote principal.
15. Sistema según la reivindicación 8 ó 12, en
el que dicho primer dispositivo de entrada es un mango (50)
principal adaptado para moverse por el cirujano, teniendo además
dicho dispositivo de entrada un botón de entrada que está acoplado
a dicho controlador para activar dicho primer brazo articulado para
mover dicho primer útil final junto con un movimiento de dicho
mango principal y para desactivar dicho primer brazo articulado de
modo que dicho primer útil final permanezca inmóvil cuando dicho
mango principal se mueve por el cirujano.
16. Sistema según las reivindicaciones 1, 8 ó
12, en el que dicho primer útil final tiene un sensor de fuerza y
dicho primer dispositivo de entrada tiene un accionador que está
acoplado a dicho sensor de fuerza para aplicar una fuerza al
cirujano que corresponde a una fuerza detectada por dicho sensor de
fuerza.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el
que la fuerza aplicada al cirujano es un incremento graduado de la
fuerza detectada por dicho sensor de fuerza.
18. Sistema según la reivindicación 11 ó 14, en
el que dicho primer útil final está adaptado para moverse un
incremento graduado de un movimiento de dicho mango principal.
19. Sistema según la reivindicación 1, 8 ó 12,
en el que dicho primer brazo (16) articulado incluye un instrumento
quirúrgico (22) que está acoplado a un brazo (26) robótico mediante
un acoplador (45) estéril.
20. Sistema según la reivindicación 19, en el
que dicho brazo (26) robótico está encerrado por una bolsa (45)
estéril.
21. Sistema según la reivindicación 12, en el
que dicho primer brazo articulado está adaptado para rotar
alrededor de un punto de pivote situado en una incisión del
paciente.
22. Sistema según la reivindicación 21 en el que
dicho primer brazo articulado tiene un par de articulaciones (40,
42) pasivas.
23. Sistema según la reivindicación 1, que
comprende además:
un acoplador extraíble que se une sobre pivote
al brazo; y
un instrumento quirúrgico endoscópico que se
sostiene mediante dicho acoplador, teniendo el instrumento
quirúrgico endoscópico dicho útil final.
24. Sistema según la reivindicación 23, en el
que dicho acoplador se une de manera extraíble a dicho primer brazo
articulado.
25. Sistema según la reivindicación 23, en el
que dicho instrumento quirúrgico endoscópico es un instrumento
quirúrgico endoscópico articulable.
26. Sistema según la reivindicación 25, en el
que el instrumento quirúrgico articulable comprende una base, un
enlace de pivote y un extremo distal.
\newpage
27. Sistema según la reivindicación 26, en el
que un movimiento en el controlador da como resultado el movimiento
correspondiente del extremo distal del instrumento quirúrgico
articulable con relación a la base del instrumento quirúrgico
articulable.
28. Sistema según la reivindicación 23, en el
que el acoplador tiene una abertura formada a su través.
29. Sistema según la reivindicación 27, en el
que la herramienta unida en el extremo distal del instrumento
quirúrgico articulable es un dispositivo de grapado.
30. Sistema según la reivindicación 27, en el
que la herramienta unida en el extremo distal del instrumento
quirúrgico articulable es un cauterizador.
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